炸鸡和油炸薯条中甲基硅氧烷低聚物的残留分析及其暴露评估

都艳群，张京伟，郭一凡，张喜荣，兰社益，封 棣

（北京工商大学轻工科学技术学院，北京 100048）

甲基硅氧烷依据主链结构可分为线型甲基硅氧烷（Linear methylsiloxane，LMS）和环型甲基硅氧烷（Cyclic methylsiloxane，CMS）两大类，通常分别用Ln 和Dn 表示（n 为硅原子数），其结构通式见图1[1-2]。挥发性甲基硅氧烷（Volatile methylsiloxanes，VMS）为一些小分子易挥发的甲基硅氧烷，如六甲基环三硅氧烷（Hexamethylcyclotrisiloxane，D3）～D6，L4～L6。近代毒理学研究表明，一些VMS 对水生生物及哺乳动物的多种生理过程有直接或间接的毒性作用[3-5]，且具有生物体富集性[6-9]和雌激素效应[10]，在食品中的安全性也已引起关注[11]。

图1 CMS 和LMS 的化学结构式Fig.1 Chemical structural formula of CMS and LMS

聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）常用在炸油中，它具有抗氧化性、稳定性、减少脂肪的热劣化作用，并可作用消泡剂。据《中国食品添加剂使用卫生标准》（GB2760-2014）[12]规定，PDMS最大允许添加量为0.1～0.3 g·kg-1。PDMS 的暂行每日允许摄入量（Acceptable daily intake，ADI）为0～0.8 mg·kg-1·d-1[13]。PDMS 在食品中被检出的研究已有报道。如研究人员用原子吸收光谱法[14-15]、电感耦合等离子体发射光谱仪（Inductively coupled plasma optical emission spectrometer，IPC-OES）[16-17]分析了食用油及炸油样品中PDMS；吴惠勤等[18]采用裂解气相色谱-质谱法（Pyrolysis gas chromatographymass spectrometry，PGC-MS）对不同品牌炸鸡翅中PDMS 的裂解产物进行了定性和定量分析，结果表明食用油及炸制食品中PDMS 均有检出。我国也已出台《动植物油脂中聚二甲基硅氧烷的测定》[19]，其测试方法为，试样中的聚二甲基硅氧烷经航空煤油提取，采用IPC-OES 外标法测定试样提取液中的总硅含量。

快餐中的油炸食品深受广大消费者喜爱，但随着全球对甲基硅氧烷（尤其是VMS）安全性的日益关注，PDMS 作为炸油中常用的消泡剂，在高温使用后，其小分子的低聚物单体如D4、D5、D6（分子量＜1000），在生物进程中具有毒性作用，具有潜在的致癌风险[20]，其在油炸食品中的分析研究及暴露风险也亟需审视，而已有的国家标准（测总硅含量）并不能满足低聚物单体的研究需要，且炸制快餐中甲基硅氧烷低聚物单体残留的相关研究欠缺。因此，本研究建立并利用QuEChERS-GC-MS/MS 方法对市售33 种炸鸡和30种炸薯条中甲基硅氧烷低聚物单体残留进行了检测分析和初步的暴露评估，以期为快餐店油炸食品中甲基硅氧烷的安全风险研究提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

样品采集 在北京市60 家快餐店购买了30 种炸薯条和33 种炸鸡制品（包括11 种鸡块、10 种鸡排、4 种鸡腿、3 种鸡翅、3 种鸡米花和2 种鸡条）；标准品：八甲基环四硅氧烷（D4，＞98.0%）、十甲基四硅氧烷（L4，＞97.0%）、十甲基环五硅氧烷（D5，＞99.0%）、四（三甲硅烷氧基）硅（M4Q，97%）、十二甲基五硅氧烷（L5，97%）、十二甲基环六硅氧烷（D6，＞98.0%）日本梯希爱公司；聚二甲基硅氧烷（PDMS）西格玛奥德里奇（上海）贸易有限公司；正己烷、乙腈、乙酸乙酯 色谱级，赛默飞世尔科技（中国）有限公司；PSA（粒径50 μm，孔径60 Å）、C18（粒径50 μm，孔径60 Å）北京迪科马科技有限公司；氯化钠、无水硫酸镁 分析纯，北京化工厂；高纯氦气、高纯氮气北京氧利来科技发展有限公司。

7890B-7000C 气相色谱串联质谱仪、HP-5MS色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）美国Agilent 公司；KQ 5200E 超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司；SC-3610 低速离心机 安徽中科中佳科学仪器有限公司；ME104E 电子分析天平 瑞士梅特勒-托利多公司；移液枪（2.5 μL，25 μL，100 μL，1000 μL，5 mL）德国Eppendorf 公司；有机系滤膜（0.22 μm）

天津市科亿隆实验设备有限公司；ME104E 电子分析天平 瑞士梅特勒-托利多公司；S2-A81 绞肉机九阳股份有限公司；2 mL 样品小瓶 上海安谱公司；一次性无菌注射器（2 mL）上海治宇医疗器械有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 混合标准液的配制 甲基硅氧烷标准工作液的配制：将VMS 混标母液（D4～D6、L4、L5）10 μg/mL以及PDMS 混标母液10 μg/mL 逐级稀释，配制浓度为一系列浓度为0.5、1、10、50、100、200、500 ng/mL的混标溶液，内标为M4Q（终浓度为100 ng/mL），置于4 ℃冰箱中储存。

1.2.2 QuEChERS 样品前处理方法 准确称取均质后的样品3.000 g（±0.001 g）于50 mL 具塞离心管中，加入5 mL 正己烷，剧烈涡旋10 s 后，在30 ℃ 超声5 min，静置至室温。取上清液2 mL，加入200 mg MgSO4、炸鸡样品处理加入20 mg PSA（炸薯条样品处理加入10 mg PSA）、30 mg C18，剧烈涡旋1 min，4500 r/min 下离心3 min，取1 mL 上清液过0.22 μm有机滤膜至GC 样品小瓶，待GC-MS/MS 检测。

1.2.3 GC-MS/MS 条件 GC 条件[20]：HP-5MS 色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；载气为高纯氦气，流速1.5 mL/min；进样口温度280 ℃；升温程序为初始温度50 ℃，先以25 ℃/min 升到180 ℃，再以10 ℃/min升至300 ℃（保持10 min），自动进样，进样量1 μL。MS 条件：离子源温度250 ℃；四级杆温度150 ℃；电子轰击离子源（EI 源）；电子能量70 eV；采用多重反应监测（MRM）模式采集数据，15 种硅氧烷的保留时间、离子对及碰撞电压见表1。

表1 15 种甲基硅氧烷的保留时间、离子对及碰撞电压Table 1 Retention time,ion pairs and collision voltage of 15 methylsiloxanes

1.2.4 炸鸡、炸薯条中甲基硅氧烷的膳食暴露评估参考文献[21-22]，采用点评估方法对炸鸡中甲基硅氧烷进行暴露量的初步评估。

式中：EDI：估计日摄入量（Estimated daily intake，EDI）（ng·kg-1·day-1）；C炸鸡或薯条：炸鸡或薯条中VMS 及PDMS 的浓度（ng·g-1）；W炸鸡或薯条：每天炸鸡或薯条的摄入量（g·day-1）[23]，20～60 周岁男子平均每日摄入量为5 g·day-1；20～60 周岁女子平均每日摄入量为4 g·day-1；BIO：生物利用率，此处为1[24]；BW：体重（kg）[25]，20～60 周岁男子，平均体重70 kg；20～60周岁女子，平均体重55 kg。

1.3 数据处理

所有实验均重复3 次，结果用平均值±标准差表示。本实验运用Microsoft Excel 2016 进行数据处理，采用Origin 8.0 绘图软件绘制图形。

2 结果与分析

2.1 QuEChERS 方法的条件优化

甲基硅氧烷为亲脂性化合物，在正己烷和二氯甲烷等有机溶剂中均有较好的溶解能力，并能与水相形成明显的分层。使用正己烷进行液液萃取和离心后，有机相在溶液上层，易于分液操作，因此最终选择正己烷作为萃取溶剂。采用单因素实验，在炸鸡和炸薯条样品的QuEChERS 前处理方法中分别考察了样品量、超声时间、超声温度、PSA 用量和C18用量对甲基硅氧烷总峰面积大小的影响（图2 和图3）。

图2 炸鸡中甲基硅氧烷的QuEChERS 方法优化Fig.2 Optimization of QuEChERS method for methylsiloxanes in fried chicken

图3 炸薯条中甲基硅氧烷的QuEChERS 方法优化Fig.3 Optimization of QuEChERS method for methylsiloxanes in French fries

由于两种样品均为油炸食品，且炸鸡中油脂含量高于薯条，因此直接考察炸鸡的样品量。如图2A所示，炸鸡样品量在2～3 g 内，甲基硅氧烷总峰面积升高，在超过3 g 后，峰面积逐渐下降，推测随着料液比的增加，正己烷中硅氧烷的浓度趋于饱和，导致正己烷溶液的萃取能力下降。图2B、图3A 显示，无论是炸鸡还是炸薯条样品，当超声温度低于30 ℃时，峰面积随着超声温度升高而增高，当温度大于30 ℃时，随着超声温度的升高，正己烷的萃取能力下降。由图2C、图3B 可知，无论是炸鸡还是炸薯条样品，5 min 后随着超声时间的延长，硅氧烷峰面积降低。这可能是由于在超声萃取前期，样品内外存在着较大的浓度差，硅氧烷迅速从样品中溶出，而硅氧烷挥发性强且在正己烷中溶解性好，在较低温度或短时间内就能达到较高的提取效果，但随着温度或时间延长，超声波产生热量和空化效应加大了对硅氧烷的挥发及结构破坏，从而导致提取率下降。

在炸鸡样品中，PSA 在10～20 mg 范围内，硅氧烷峰面积有所增加；但当PSA 用量大于20 mg 时，随着PSA 用量的增加，总硅氧烷的峰面积逐渐下降，这可能是由于PSA 可通过极性相互作用和弱阴离子相互作用优先吸附色素、脂肪酸类干扰物，但随着PSA 量的增加可能吸附一部分甲基硅氧烷（图2D）。与炸鸡不同，薯条成分主要为淀粉类物质，且油脂成分含量较少，所以PAS 的用量在10 mg 时最佳（图3C），少于炸鸡样品中PSA 的用量。由图2E 和图3D 可知，无论是炸鸡还是炸薯条样品，随着C18用量的增加，总甲基硅氧烷的峰面积先增大后减小，在30 mg出现拐点。C18可通过非极性相互作用保留弱极性的脂肪酸类、烯烃类、维生素E、甾类、色素及油脂等大分子基质干扰物，从而将吸附在基质中的目标物质释放，但随着C18用量的不断增加，C18开始吸附非极性的小分子硅氧烷，从而使得总甲基硅氧烷的峰面积降低。

最终，炸鸡和炸薯条样品的QuEChERS 方法的最优条件为：样品量3 g，超声温度30 ℃，超声时间5 min，PSA 炸鸡20 mg、炸薯条10 mg，C18用量30 mg。

2.2 甲基硅氧烷的定量方法及评价

在全扫描模式下，确定甲基硅氧烷的保留时间，并得到各物质的一级质谱图，再根据一级质谱图选择相对强度较大且具有特征性的离子作为母离子[26]，分别对目标物的离子对、碰撞能量（5～50 eV）、扫描时间、驻留时间等一系列参数进行了优化。采用标准品对照进行定性，VMS 混标和PDMS 混标的色谱图见图4。其中D4～D6、L4、L5 用VMS 混标（内标M4Q）进行定量。但由于无法获得L6～L14 的单一标准品，而仅能购得PDMS 混标，因此，参考已有文献[27-28]，先利用归一化法确定PDMS 混标中的LMSs（L5～L14）的百分含量（%）（表2），然后同样采用内标（M4Q）标准曲线法对L6～L14 进行定量。

表2 PDMS 混合标准中L5～L14 的百分含量Table 2 Percentage of L5～L14 in the PDMS mixture standard

图4 VMS 及PDMS 混标的总离子流色谱图Fig.4 Total ion chromatograms of VMS mixed standards and PDMS mixed standards

对QuEChERS-GC-MS/MS 法检测炸鸡、炸薯条中甲基硅氧烷进行仪器性能及方法学评价，如表3 所示。以目标物与内标M4Q 的峰面积之比为纵坐标，以相应的目标物与内标M4Q 的质量浓度之比为横坐标，绘制各目标物的内标标准工作曲线。以不低于3 倍信噪比（S/N≥3）确定目标物检出限（LOD），以S/N≥10 确定定量下限（LOQ），结果如表3 所示。D4～L14 的线性范围为0.64～1405.95 ng/mL，决定系数（R2）不低于0.9918。D4～L14 的检出限为0.17～0.54 ng/mL，定量限为0.57～1.78 ng/mL，日内精密度小于6.0%，表明仪器检测甲基硅氧烷的灵敏度及稳定性良好，所建方法能够满足定量要求。分别对炸鸡、炸薯条中14 种甲基硅氧烷进行加标回收率检测及RSD 计算，3 个加标水平，每个水平平行3 次，按1.2 进行处理并测定。14 种甲基硅氧烷在炸鸡中的加标回收率为75.02%～109.86%，RSD 值均小于15%（除L6 为20.8%）；在炸薯条中的方法回收率为75.28%～102.31%（L12～L14 除外），RSD 值均小于15%。该检测方法具有良好的准确度和精密度。

表3 炸鸡和炸薯条中VMS 及PDMS 检测方法评价Table 3 Evaluation of detection method for VMS and PDMS in fried chicken and French fries

2.3 样品中甲基硅氧烷的检出结果

炸鸡样品中VMS（D4～D6、L4 和L5）的检出率为6%（D4）～100%（L4），L6～L14 的检出率为27%（L7）～79%（L10）。14 种甲基硅氧烷的平均含量在5.68（D4）～262.90（D6）ng·g-1之间。炸鸡中 D6 含量最高，平均值为262.9 ng·g-1。炸薯条中14 种甲基硅氧烷检出率为3%（L8）～100%（L4～L7），L8～L14 几乎无检出，L4～L7 检出率均为100%，D6、D5 检出率＞80%，平均含量在0.02（L10）～23.57（D6）ng·g-1之间。14 种甲基硅氧烷中的D6 在炸薯条中含量最高，平均值为23.57 ng·g-1。炸鸡、炸薯条中14 种甲基硅氧烷检出率及含量检测结果如图5 所示。

图5 炸鸡和炸薯条中VMS（L4，L5，D4～D6）和PDMS（L6～L14）含量及检出率Fig.5 Content and detection rate of VMS (L4,L5,D4～D6) and PDMS (L6～L14) in fried chicken and French fries

此外，还在炸鸡（薯条）中检出CMS（D7～D18），由于缺乏相应的标准品，无法准确定量，采用D6（M4Q 做内标）的标准曲线对D7～D18 进行了半定量分析[27]。炸鸡中CMS（D7～D18）的检出率为96.97%（D7）～100%（D11）；∑CMS（D7～D18）的平均含量为438.63 ng·g-1，最大含量为1047.59 ng·g-1。炸薯条中CMS（D7～D18）的检出率为47%（D15）～100%（D7）；∑CMS（D7～D18）的平均含量为238.07 ng·g-1，最大含量为1570.49 ng·g-1。炸制食品中检出聚二甲基硅氧烷早已有报道，如吴慧勤等[18]利用裂解气相色谱-质谱（PGC-MS）分析了不同品牌炸鸡翅,结果发现炸鸡翅样品均含有聚二甲基硅氧烷，含量在23～42 mg·kg-1之间，高于本研究的检测结果。这说明，炸制食品中的聚二甲基硅氧烷的检出可能具有普遍性，但导致其含量差异的原因还需进一步研究。

使用Levene 法的F检验，对∑CMS（MW＜1000）和∑LMS（MW＜1000）在33 种炸鸡和30 种薯条这两类样品中的含量的差异性进行分析。在置信度为95%水平下，得出：P∑CMS（MW＜1000）=0.006、P∑LMS（MW＜1000）=0.000，P值均＜0.05，表明在炸鸡和薯条中的∑LMS 和∑CMS 差异显著；且炸鸡中∑LMS 和∑CMS 含量均高于薯条，可能的原因是，根据相似相溶原理，较高脂肪含量的炸鸡更易吸附脂溶性的甲基硅氧烷[11]。

2.4 炸鸡、炸薯条中甲基硅氧烷暴露评估

根据1.2.4 所述公式，计算得到炸鸡、炸薯条中14种甲基硅氧烷的初步的估计每日摄入量（Estimated daily intake，EDI），结果如图6 所示。炸鸡中男性与女性ΣVMS（D4～D6、L4 和L5）总体暴露量为2.88～65.38 ng·kg-1·d-1。炸鸡中男性与女性ΣMS（L4～L14，D4～D6）的总体暴露量为5.62～164.94 ng·kg-1·d-1。薯条中每日摄入量未见报道，因此采用炸鸡的数据进行暴露评估。炸薯条中∑MS（L4～L14，D4～D6）的最高暴露量为13.09 ng·kg-1·d-1。整体来看，炸鸡中甲基硅氧烷暴露量均高于炸薯条。炸鸡中男性与女性∑MS（L4～L14，D4～D6）的总体暴露量（中位数）为36.76 和37.43 ng·kg-1·d-1，高于炸薯条中男性与女性∑MS（L4～L14，D4～D6）的总体暴露量（中位数）5.96和 6.07 ng·kg-1·d-1。女性对炸鸡与炸薯条中∑MS（L4～L14，D4～D6）的暴露量与男性基本相当。

图6 炸鸡、炸薯条中VMS 及PDMS 的每日摄入暴露量Fig.6 EDI of VMS and PDMS exposure assessment in fried chicken and French chips

目前对于食用油脂、水果、鸡翅等食品中PDMS的检出已有报道，此外，我国也已出台国标GB 5009.254-2016《动植物油脂中聚二甲基硅氧烷的测定》，是以测定试样提取液中的总硅进行定量。动物学实验表明，高聚合度的PDMS 基本不被消化道吸收，对人体影响不大，只有低分子量（如分子量＜1000）的甲基硅氧烷可能会被消化道吸收[29]。但目前，对于更易于被人体吸收的小分子（分子量＜1000）的甲基硅氧烷低聚物的检测和暴露评估还较缺乏。炸鸡（薯条）中的甲基硅氧烷残留可能来源于消泡剂PDMS中的甲基硅氧烷的低聚物。已有研究显示，在高温下，高聚合的PDMS 可降解成甲基硅氧烷的低聚物[30]。

如果仅考虑易于被人体吸收的分子量小于1000的甲基硅氧烷，并忽略D7～D18 半定量的检测误差，则炸鸡中ΣMS（L4～L14，D4～D18）（MW＜1000）暴露量为10.31～241.13 ng·kg-1·d-1，炸薯条中ΣMS（L4～L14，D4～D18）（MW＜1000）暴露量为4.77～127.31 ng·kg-1·d-1。炸鸡中的ΣMS（L4～L14，D4～D18）暴露量高于薯条。女性对炸鸡中∑MS（L4～L14，D4～D18）的平均暴露量（93.34 ng·kg-1·d-1）与男性对炸鸡中∑MS（L4～L14，D4～D18）（91.67 ng·kg-1·d-1）的平均暴露量较接近。炸鸡和炸薯条中∑MS 的暴露量均低于PDMS 暂行ADI 标准0.8 mg·kg-1·d-1[13]。由于缺乏标准品，油炸食品中甲基硅氧烷低聚物残留的研究受到限制，但小分子甲基硅氧烷的残留所导致的安全性应引起关注，尤其是已经在环境领域被普遍关注的VMS。

3 结论

PDMS 常用做炸油中的消泡剂，在炸制食品的过程中，其中的甲基硅氧烷的低聚物可能残留至炸食中。本文建立了用QuEChERS-GC-MS/MS 检测炸鸡、炸薯条中甲基硅氧烷低聚物残留的新方法，方法灵敏可靠。通过对市场上33 种炸鸡和30 种炸薯条样品的检测发现，检出D4～D18，L4～L14，L4 在炸鸡样品中100%检出，L4～L7 在薯条样品100%检出。炸鸡中ΣMS（L4～L14，D4～D6）男性与女性的总体暴露 量 为5.62～164.94 ng·kg-1·d-1，炸 薯 条 中∑MS（L4～L14，D4～D6）男性与女性的总体暴露量0.25～13.09 ng·kg-1·d-1。根据PDMS 的ADI 建议量，在仅考虑通过炸鸡、炸薯条摄入而造成的甲基硅氧烷（总量）的暴露风险处于可接受范围，但对小分子（分子量＜1000）甲基硅氧烷低聚物的长期低剂量摄入是否存在累积或潜在毒性还需深入研究。